конспект лекций по насосам / Лекция 4

Лекция 4

Характеристики лопастных насосов

Вопросы: 1. Универсальные размерные и безразмерные

характеристики.

2. Сводный график рабочих полей.

3. Характеристика трубопровода и рабочая точка.

1. Универсальные размерные и безразмерные

Характеристики

В связи с тем, что напор и расход осевого насоса изменяется в зависимости от изменения числа оборотов n, диаметра рабочего колеса Д и угла установки лопаток θ⁰, то для каждого из стандартных значений n, Д и θ⁰ нужно иметь свою частную характеристик, число которых станет очень большим, что создаст неудобства пользование ими. Поэтому переходят к универсальным характеристикам, которые бывают размерные и безразмерные.

Размерные универсальные характеристики строятся на основе частных. Пусть имеем насос типа О2-55, где цифра 2 обозначает номер модели, а 55 – диаметр рабочего колеса в см, частота вращения которого n = 730 об/мин. Его частная характеристика представлена на рис. 3.4а, построенная при угле разворота лопастей θ⁰₁ .

Отметим на кривой θ₁ точки, соответствующие нескольким значениям к.п.д., например, η=50,60 и 70%. Эту же кривую с отмеченными точками строим на другом поле Н-Q, где наносим и другие кривые, полученные аналогичным образом, но при угле разворота лопаток θ₂ и θ₃ (рис.3.4б). Точки с одинаковыми к.п.д. соединяем плавными кривыми и получаем размерную универсальную характеристику, которая одна заменила 4 частных. Но для других диаметров рабочих колес и других чисел оборотов требуются свои универсальные характеристики. Следовательно, хоть и сокращается количество графиков, но незначительно,

что является недостаточной универсальностью такой характеристики.

Этого недостатка лишена универсальная безразмерная характеристика (рис. 3.5), которая строится аналогично вышеизложенному, но в безразмерных координатах К_Q и К_Н , определяемых по формулам

К_Q =Q/nД³ и К_Н = Н/n² Д² (3.5)

а)

б)

Рис. 3.4. Построение универсальной размерной характеристики

Рис. 3.5. Универсальная безразмерная характеристика осевого насоса

Такие безразмерные характеристики строят для каждой из 7 моделей осевого насоса и применимы для всех стандартных n,Д и θ. Пользование ими осуществляется следующим образом. Пусть заданы Q_р и Н_р . Задаемся любыми стандартными значениями n и Д и по формулам (3.5) находим безразмерные координаты расчетной точки А_р , т.е. К_Qр и К_Нр (рис. 3.5).

Если точка А_р попала в зону максимальных к.п.д., то значит, что задались n и Д удачно, если нет, то следует задаться новыми n и Д. В данном примере путем интерполяции между η₁ и η₂ устанавливают точное значение к.п.д., при котором будет работать насос, а интерполяцией между θ₁ и θ₂ - угол установки лопаток.

При необходимости безразмерную характеристику можно перестроить в размерную частную для установленных n и Д.Для этого проведем через точку А_р штриховую кривую и снимем значения К_Q и К_Н для всех точек пересечения этой кривой кривых к.п.д. Далее из формул (3.5) определяем размерные координаты Q и Н, по который строим напорную характеристику Н=f(Q), а по значениям η в этих точках – характеристику к.п.д.

2. Сводный график рабочих полей

Рабочее поле насоса – есть область, ограниченная сверху и снизу напорными характеристиками при максимальном и минимальном диаметре рабочего колеса, а справа и слева - границами рабочей зоны (рис.3.6).

Возьмем для примера напорную характеристику насоса 3К-6 и выделим рабочее поле 1-2-3-4 (рис. 3.6а). Сняв координаты этих точек, построим отдельно это поле в той же системе координат (рис.3.6б). Аналогичным образом поступим с другими марками насосов, получим сводный график рабочих полей, который служит для подбора насоса при заданных Q_р и Н_р .

а) б)

Рис. 3.6. Сводный график рабочих полей

3. Характеристика трубопровода и рабочая точка

Характеристика трубопровода – есть график, показывающий изменение потерь напора в трубопроводе в зависимости от протекающего по нему расхода. График наносится на напорную характеристику насоса с учетом геодезического напора (рис.3.7).

Характеристика трубопровода имеет уравнение

Н_тр = Н_г +h_тр ;

Где h_тр – потери напора в трубопроводе, которые можно определить по формулам гидравлики:

Рис.3.7. Характеристика трубопровода и рабочая точка

h_тр =∑ζ V² /2g . Скорость можно выразить через расход

V = Q/ω и поставить в предыдущую формулу. Получим h_тр =∑ζ Q² /ω² 2g. Обозначив С=∑ζ/ ω² 2g, получим уравнение характеристики трубопровода в виде

Н_тр =Н_г +СQ² ; (3.6)

Где С – коэффициент сопротивления трубопровода.

Это уравнение квадратичной параболы т.е. Н_тр =f(Q) или иначе Н_тр -Q, которая начинается с Н_г при Q =0.

Рис. 3.7.Характеристика трубопровода и рабочая точка

Точка пересечения характеристики насоса и характеристики трубопровода называется рабочей (на рис. 3.7. точка А), в которой напор насоса и потери напора в трубопроводе равны, т.е. Н = Н_тр . А это значит, что данный насос по данному трубопроводу может подать только расход, равный Q_А при напоре Н_А .Если требуется уменьшить расход, то необходимо увеличить сопротивление трубопровода (прикрыть задвижку), но тогда характеристика трубопровода станет круче и рабочая точка будет А¹ . Расход увеличится с уменьшением потерь напора в трубопроводе и рабочая точка переместится в положение А¹¹ .

Такое регулирование расхода и напора называется количественным, изменение их при помощи числа оборотов или обрезкой рабочего колеса – качественным.